CN117532788A - 一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法，其中仿生肝脏的制备方法包括构建仿生肝脏的血管阳模；构建仿生肝脏的肝脏本体阴模；将所述血管阳模放置在所述肝脏本体阴模中，并在所述肝脏本体阴模中注入生成肝脏本体的溶剂；溶解所述肝脏本体内的血管阳模；向所述肝脏本体内被溶解的血管阳模位置注入模拟血液和组织的溶剂，制得内置血管的仿生肝脏，实现可制造性，且成本低，同时提升模型的真实性，提供一个安全且逼真地手术模拟平台。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料和生物医学工程领域，尤其涉及一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法。
背景技术
肝脏是人体最大的内脏器官，承担毒性物质代谢、脂类和糖类代谢与合成等生理功能。从医学教学角度来看，手术模拟教学对培养医学生和外科医生的技术能力至关重要。而肝脏手术是高风险操作之一，因此需要通过仿真模型进行实践训练。
现有的3D打印技术的优点在于对物体的打印十分精确，且无局限性。运用在肝脏模型打印上时，可以生成逼真的仿生肝脏模型以及解剖结构的准确再现。
肝脏具有广泛分布的血管作为营养传输媒介，血管在肝脏中包含物质传递、选择透过性、毒性反应等多种功能，因此对于肝组织的生理功能实现具有重要意义，而由于构建技术和成本考虑的局限性，传统的3D打印往往无法复刻肝脏的内部血管，只会复制外形特征或者特定的内部结构，但该模型无法满足学习以及手术模拟的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法，不仅具有解剖学上正确的外部形状，而且还包括解剖学上正确的血管等内部结构，使模型可以可靠地用作手术培训辅助工具，提供一个安全且逼真地手术模拟平台。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于手术模拟教学的仿生肝脏的制备方法，包括：
S100，构建仿生肝脏的血管阳模；
S200，构建仿生肝脏的肝脏本体阴模；
S300，将所述血管阳模放置在所述肝脏本体阴模中，并在所述肝脏本体阴模中注入生成肝脏本体的溶剂；
S400，溶解所述肝脏本体内的血管阳模；
S500，向所述肝脏本体内被溶解的血管阳模位置注入模拟血液和组织的溶剂，制得内置血管的仿生肝脏。
作为优选的实施例，在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
在所述血管阳模表面涂敷生成血管壁的涂层。
作为优选的实施例，所述生成血管壁的涂层包括至少一层含有纤维的溶剂涂层。
作为优选的实施例，在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
处理所述血管阳模表面的打印纹路。
作为优选的实施例，所述步骤S200包括：
S210，构建仿生肝脏的肝脏本体的阳模；
S230，在所述肝脏本体的阳模外制作肝脏本体的阴模；
S240，将所述肝脏本体的阳模从所述肝脏本体的阴模内取出。
作为优选的实施例，在所述步骤S210和所述步骤S230之间还包括：
S220，处理所述肝脏本体的阳模表面的打印纹路。
作为优选的实施例，所述肝脏本体的阳模分为两半，进而所述步骤S230包括：
S231，提供制备所述肝脏本体的阴模的模具，并准备可去除的模具底部；
S232，在所述一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂，并放入模具中；
S233，在所述一半的肝脏本体的阳模表面形成一层硅胶；
S234，向所述模具中倒入石膏；
S235，待石膏凝固，并去除所述模具底部；
S236，在另一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂并放入模具中，然后重复步骤S233至S234。
作为优选的实施例，所述生成肝脏本体的溶剂包含硅胶和硅油原液、着色剂、固化剂。
作为优选的实施例，所述步骤S300还包括：去除所述生成肝脏本体的溶剂中的气泡。
作为优选的实施例，所述肝脏本体内设置有病变结构。
本发明还提供了一种内置血管的仿生肝脏，由上述内置血管的仿生肝脏制备方法制得。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
所述仿生肝脏包括肝脏本体以及设置在肝脏本体内的血管。所述制备方法首先分别构建所述血管阳模和肝脏本体阴模，然后将所述血管阳模置于所述肝脏本体阴模内，并同时向所述肝脏本体阴模内注入生成肝脏本体的溶剂，最后溶解所述血管阳模，并向溶解的所述血管阳模位置注入模拟血液的溶剂，以制得内置血管的仿生肝脏，实现可制造性，且成本低，同时制得的仿生肝脏，不仅具有解剖学上正确的外部形状，而且还包括解剖学上正确的血管等内部结构，使模型可以可靠地用作手术培训辅助工具，提供一个安全且逼真地手术模拟平台。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述用于手术模拟教学的仿生肝脏的制备方法的流程图；
图2为本发明所述仿生肝脏的血管阳模的示意图；
图3为本发明所述肝脏本体阴模的示意图；
图4为本发明所述血管阳模的定位示意图；
图5为本发明所述血管阳模未溶解的肝脏本体的示意图；
图6为本发明所述内置血管的仿生肝脏的示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
第一实施例
如图1所示，所述用于手术模拟教学的仿生肝脏的制备方法，包括：
S100，构建仿生肝脏的血管阳模；
S200，构建仿生肝脏的肝脏本体阴模；
S300，将所述血管阳模放置在所述肝脏本体阴模中，并在所述肝脏本体阴模中注入生成肝脏本体的溶剂；
S400，溶解所述肝脏本体内的血管阳模；
S500，向所述肝脏本体内被溶解的血管阳模位置注入模拟血液的溶剂，制得内置血管的仿生肝脏。
所述仿生肝脏包括肝脏本体以及设置在肝脏本体内的血管。所述制备方法首先分别构建所述血管阳模和肝脏本体阴模，然后将所述血管阳模置于所述肝脏本体阴模内，并同时向所述肝脏本体阴模内注入生成肝脏本体的溶剂，最后溶解所述血管阳模，并向溶解的所述血管阳模位置注入模拟血液的溶剂，以制得内置血管的仿生肝脏，实现可制造性，且成本低，同时制得的仿生肝脏，不仅具有解剖学上正确的外部形状，而且还包括解剖学上正确的血管等内部结构，使模型可以可靠地用作手术培训辅助工具，提供一个安全且逼真地手术模拟平台。
所述血管阳模和所述肝脏本体阴模等数据，可通过使用患者的肝脏影像获得，因此可生成具有真实解剖结构的仿生肝脏模型，提供逼真的手术训练平台。
在所述步骤S100中，利用3D打印技术制作所述血管阳模，其中3D打印成血管阳模的材料为PVA软胶，以使在所述步骤S400中通过有机溶液溶解。
在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
处理所述血管阳模表面的打印纹路。
对所述血管阳模进行表面处理，使用适当的溶剂处理所述血管阳模表面的打印纹路，提升仿生肝脏的真实性。
在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
在所述血管阳模表面涂敷生成血管壁的涂层，并置于通风处干燥。
在该步骤中，首先将所述血管阳模表面清理干净，然后毛刷将涂层对应的溶剂涂在所述血管阳模表面，以固定形成血管壁，进一步提升仿生肝脏的真实性。
生成血管壁的涂层对应的溶剂包含硅胶原液、色母和固化剂等。首先取40克硅胶原液倒入量杯中搅拌，然后加入0.5克色母，搅拌充分后加入1克固化剂，直至充分搅拌制得溶剂。色母占硅胶原液的比例在1～3％。
并且生成血管壁的涂层可为两侧，例如先在所述血管阳模表面涂上薄薄的一层，该图层溶剂含有纤维，以增加结构强度并且不可过厚。约五分钟后再厚涂第二层，以保证制得血管壁的稳定性。
所述步骤S200包括：
S210，构建仿生肝脏的肝脏本体的阳模；
S230，在所述肝脏本体的阳模外制作肝脏本体的阴模；
S240，将所述肝脏本体的阳模从所述肝脏本体的阴模内取出。
在所述步骤S210中，利用3D打印技术制作所述肝脏本体的阳模。
在所述步骤S210和所述步骤S230之间还包括：
S220，处理所述肝脏本体的阳模表面的打印纹路，使用适当的溶剂处理所述血管阳模表面的打印纹路，提升仿生肝脏的真实性。
所述肝脏本体的阳模分为两半，进而所述步骤S230包括：
S231，提供制备所述肝脏本体的阴模的模具，并用黏土和积木准备模具底部，并做好模具边缘防漏；
S232，在所述一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂(包括凡士林等)，然后放入模具中；
S233，缓缓倒入硅胶，使所述一半的肝脏本体的阳模全部刷上一层硅胶；
S234，在所述模具中倒入石膏，使石膏充满模具；
S235，待石膏完全凝固后翻转模具，去掉所述步骤S231中用黏土做的底部；
S236，在另一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂并放入模具中，然后重复步骤S233至S234。
S237，待所述石膏完全凝固后拆开模具，以制得内置所述肝脏本体的阳模的肝脏本体的阴模，进而在所述步骤S240中，将所述肝脏本体的阳模从所述肝脏本体的阴模内取出。由于肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂，以便于取出。
在所述步骤S300中，将所述血管阳模定位在所述肝脏本体阴模中。所述生成肝脏本体的溶剂包含硅胶和硅油原液、着色剂、固化剂。原液中硅胶和硅油的比例为1:8，固化剂和原液的比例为1:100，然后放入真空抽取机里来去除溶剂中的气泡，防止成型的肝脏本体内有孔洞。之后将所述生成肝脏本体的溶剂顺着预留的注水口倒入至所述肝脏本体的阴模内，直至倒满溢出，待溶剂完全干透，并取下肝脏本体阴模，以制得内置血管阳模的肝脏本体。
所述生成肝脏本体的溶剂，满足制得的所述肝脏本体具有适当弹性，并能模拟肝脏的质地、弹性和切割感，使得手术训练更加真实和接近实际情况。
在所述步骤S400中，将内置血管阳模的肝脏本体浸入有机溶液以溶解血管阳模，其中有机溶液包括氯仿。
在所述步骤S500中，血液和组织的溶剂包括液体、凝胶，以模拟真实的血液循环和组织特性。
在所述步骤S500之后，所述方法还包括：
对仿生肝脏模型进行检查和调整，确保其解剖结构和功能的准确性。
另外，仿生肝脏训练模型可以与实时反馈系统结合，以提供准确的力学反馈和视觉反馈。这些反馈系统可以通过传感器和摄像头等设备捕捉和传输手术操作的细微动作，帮助医学生和外科医生评估其技能并纠正错误。
所述肝脏本体内设置有病变结构。模型样品可以包含不同类型的病变，如肿瘤、囊肿、炎症等。这些病变可以通过添加插入物或模块，或者在模型内部创建可调节的模拟病变结构来实现。医生可以在这些病变上进行手术模拟，锻炼切除、缝合等技术。
综上所述，防生肝脏模型的外部形状和大小与真实肝脏相似，在实体模型内部注入模拟血液和组织的液体或凝胶，以模拟真实肝脏的血液循环和组织特性，进而模拟手术操作时的解剖环境，具有逼真的解剖结构，易于制备且成本低。仿生肝脏模型样品由特定材料构成，该材料模拟了真实肝脏的组织特性和手感，以便模拟肝脏的柔软度和弹性。仿生肝脏模型样品应该具备可操作性，即医生可以进行手术操作，并获得与真实手术类似的反馈。模型样品可以配备传感器和数据记录装置，记录医生在训练过程中的操作数据，如切割的准确度、手术时间等。这些数据可以用于评估医生的技术水平，并提供实时反馈和指导，帮助医生改进手术技术。这些发明内容的目标是提供一个真实且可操作的仿生肝脏模型样品，以帮助医生进行手术训练，提供一个安全且逼真的手术模拟平台，提高手术技术的熟练程度和安全性，从而最终改善患者的手术治疗效果。
第二实施例
本发明还提供了一种用于手术模拟教学的仿生肝脏，由第一实施例的一种用于手术模拟教学的仿生肝脏的制备方法制得。
仿生肝脏模型的制备提供了一种真实且逼真的手术模拟环境，让医学生和外科医生能够在模拟情境中进行实践和培训，以提高手术技能和安全性。手术训练是外科医生培养技能的关键部分，然而在真实患者身上进行训练存在风险。仿生肝脏模型可以提供一个安全的训练平台，减少对患者的潜在风险，并允许医学生和外科医生在不断练习和改进中提高手术技术。通过使用仿生肝脏模型进行训练，医学生和外科医生可以不断练习和熟悉手术步骤和技术，提高手术的质量和安全性，减少手术并发症和错误。仿生肝脏模型结合实时反馈系统和虚拟现实技术，可以提供个性化的培训和评估。医学生和外科医生可以根据自身的技能水平和需求进行定制化的训练和评估，以提高个人的手术能力。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，包括：
S100，构建仿生肝脏的血管阳模；
S200，构建仿生肝脏的肝脏本体阴模；
S300，将所述血管阳模放置在所述肝脏本体阴模中，并在所述肝脏本体阴模中注入生成肝脏本体的溶剂；
S400，溶解所述肝脏本体内的血管阳模；
S500，向所述肝脏本体内被溶解的血管阳模位置注入模拟血液和组织的溶剂，制得内置血管的仿生肝脏。
2.如权利要求1所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
在所述血管阳模表面涂敷生成血管壁的涂层。
3.如权利要求2所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，所述生成血管壁的涂层包括至少一层含有纤维的溶剂涂层。
4.如权利要求1所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，在所述步骤S100和所述S200之间，所述方法还包括：
处理所述血管阳模表面的打印纹路。
5.如权利要求1所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，所述步骤S200包括：
S210，构建仿生肝脏的肝脏本体的阳模；
S230，在所述肝脏本体的阳模外制作肝脏本体的阴模；
S240，将所述肝脏本体的阳模从所述肝脏本体的阴模内取出。
6.如权利要求5所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，在所述步骤S210和所述步骤S230之间还包括：
S220，处理所述肝脏本体的阳模表面的打印纹路。
7.如权利要求5所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，所述肝脏本体的阳模分为两半，进而所述步骤S230包括：
S231，提供制备所述肝脏本体的阴模的模具，并准备可去除的模具底部；
S232，在所述一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂，并放入模具中；
S233，在所述一半的肝脏本体的阳模表面形成一层硅胶；
S234，向所述模具中倒入石膏；
S235，待石膏凝固，并去除所述模具底部；
S236，在另一半的肝脏本体的阳模表面涂上脱模剂并放入模具中，然后重复步骤S233至S234。
8.如权利要求1所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，所述生成肝脏本体的溶剂包含硅胶和硅油原液、着色剂、固化剂。
9.如权利要求1所述的内置血管的仿生肝脏制备方法，其特征在于，所述肝脏本体内设置有病变结构。
10.一种内置血管的仿生肝脏，其特征在于，由权利要求1至9任一项所述内置血管的仿生肝脏制备方法制得。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311433833.2A CN117532788A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311433833.2A CN117532788A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117532788A true CN117532788A (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=89789008
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311433833.2A Pending CN117532788A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种用于手术模拟教学的仿生肝脏及制备方法 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-10-31 CN CN202311433833.2A patent/CN117532788A/zh active Pending
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